Metabolisme en Metabolomics

URL study guide

https://studiegids.vu.nl/en/courses/2024-2025/AB_1263

Course Objective

De moleculaire biologie bestudeert op moleculair niveau het functioneren van cellen en organismen en wordt toegepast in vele vakgebieden. Metabolomics is een snel opkomend veld in de moleculaire biologie en is één van de zogenaamde omics technologieën (genomics, proteomics, metabolomics). Metabolomics meet kleine moleculen – de metabolieten – in de cel of organisme met als doel om de gezondheidsstatus te bepalen. Maar het kan ook de invloed van de omgeving op de gezondheid bepalen door bijvoorbeeld voeding of de blootstelling aan giftige stoffen. Voorbeelden van metabolieten zijn aminozuren, ATP, suikers, neurotransmitters, vetten, etc. Metabolomics heeft als doel om de complete set van metabolieten (het metaboloom) in organismen te meten en wordt veel gebruikt in de medische, toxicologische, en biologische wereld. Metabolieten functioneren in een netwerk en worden zoals de straten en het verkeer in een stad naar de gewenste bestemming gebracht. Metabolieten hebben een grote invloed op het fenotype, het gedrag maar ook op de ontwikkeling van het organismen. Deze cursus heeft als doel om inzicht te geven in de metabolisme principes in organismen, hoe metabolomics gebruikt kan worden in de praktijk, en hoe metabolieten in organismen bepaald kunnen worden. De cursus heeft een praktische benadering en bestaat uit hoorcolleges (eerste maand) gevolgd door het uitvoeren van een metabolomics experiment in de tweede maand (practicum). Het practicum is een belangrijk onderdeel van de cursus waarbij de student zelf een experiment met zebravis eitjes uit gaat voeren en met behulp van analytische apparatuur metabolieten in de zebravis eitjes gaat bepalen. Daarnaast zal aandacht besteed worden aan de verwerking van de vele gegevens met behulp van data visualisatie en statistiek (eerste kennismaking met verwerking van Big Data). De volgende onderwerpen worden behandeld: 1) wat is metabolomics 2) wat zijn metabole netwerken 3) de basis principes en werkstromen voor het bepalen en verwerken van metaboliet gegevens 4) analysemethoden van metabolieten 5) toepassingen van metabolomics in en buiten de biologie 6) Opzetten van een metabolomics experiment 7) Verwerking van de data (o.a. visualisatie, big data analyse) Naast de colleges vormt het practicum een belangrijk onderdeel van de cursus om de student beter inzicht te geven in de diverse aspecten van metabolomics. De student maakt een eigen onderzoeksplan voor het experiment, voert dit metabolomics experiment uit met zebravis eitjes waarbij onder andere de ontwikkeling van ei tot embryo wordt gevolgd. Vervolgens worden de metabolieten (lipiden en neurotransmitters) m.b.v. analytische apparatuur bepaald. De gegevens worden verwerkt, o.a. door visualisatie van de gegevens, het maken van metabole netwerken en het statistisch verwerken van de gegevens. De behaalde leerdoelen aan het eind van de cursus zijn:
• De student heeft kennis en inzicht in de behandelde onderwerpen uit het metabolisme en metabolomics van planten en dieren. De biologische relevantie van metabolieten. De interacties tussen metabolieten, eiwitten en genen.
• De student heeft inzicht in de werkwijze om metabolieten te meten en de uitdagingen om het metaboloom te bestuderen.
• De student krijgt ervaring met chemische analysemethoden. De gebruikte technieken worden ook in andere biologische velden gebruikt zoals de bepaling van eiwitten (proteomics).
• De student heeft praktische ervaring met het opzetten van een onderzoeksplan en het uitvoeren van een metabolomics experiment.
• De student kan verzamelde experimentele gegevens verwerken en interpreteren.

Course Content

De cursus geeft een introductie in metabolomics en zal de gereedschappen en technieken behandelen en gebruiken (practicum) die nodig zijn om een metabolomics onderzoek uit te voeren. Diverse toepassingen van metabolomics binnen en buiten de biologie zullen worden behandeld. Een zwaartepunt van de cursus is het uitvoeren van een metabolomics experiment waarbij je zal werken met de eitjes van de zebravis. Je volgt hierbij de ontwikkeling van ei tot embryo en voert vervolgens een metabolomics studie uit en bepaald de lipiden en neurotransmitters in de embryos. Voor het metabolomics experiment maak je een eigen onderzoeksplan. In deze cursus worden een groot aantal fundamentele en praktische onderwerpen uit het metabolisme en metabolomics behandeld zoals:
• Metabole netwerken
• Metabolomics (principes, werkstromen in metabolomics, toepassingen)
• Kennismaking met chemische analysemethoden (chromatografie, massaspectrometrie)
• Kennismaking met verwerking van gegevens (o.a. visualisatie en Big data) In het practicum zullen de studenten de leerstof uit de hoorcolleges kunnen toepassen via een metabolomics experiment met zebravis om beter inzicht te krijgen in de metabole netwerken en het gebruik van analytische apparatuur om stoffen te bepalen.

Teaching Methods

Hoorcolleges (18 uur) Metabolomics practicum (28 uur). Het toepassen van inzicht in de relaties tussen metabolieten en metaboliet netwerken, werkgroepen (5 uur), Presentatie (16 uur), practicumverslag (8 uur)

Method of Assessment

Tentamen (50% van het eindcijfer, gemiddeld cijfer minimaal 5,5) Practicumverslag (25% van het eindcijfer, gemiddeld cijfer minimaal 5,5) Presentatie (25% van het eindcijfer, gemiddeld cijfer minimaal 5,5) Bijwonen van practicum en werkgroepen moet voldoende zijn.

Literature

Achtergrond literatuur, niet noodzakelijk. Metabolome analysis : an introduction. Silas G. Villas-Bôas, et al. 2007. ISBN-13: 978-0-471-74344-6. Hoofdstuk 1-5.